JACS Perspective:先进的近紅外II区荧光影像技术及其生物醫學应用展望

  荧光影像技术在生物醫學基础研究和临床诊断检测中都具有广阔的应用前景。近紅外II區熒光(1000-1700 nm, NIR-II)成像技術極大克服了傳統熒光 (400-900 nm) 面臨的強組織吸收、散射及自發熒光幹擾,在活體成像中可實現更高的組織穿透深度和時間、空間分辨率,被視爲最具潛力的下一代活體熒光影像技術。 

  中科院蘇州納米所王強斌研究員團隊圍繞“近紅外II區活體影像技術”這一新興領域,經過十余年的努力,取得了系統性研究成果:1)在國際上率先提出Ag2S量子點體系,首次報道了其近紅外II區熒光性質,並進一步拓展了Ag2SeAg2Te等量子點體系,建立了覆蓋近紅外II區全光譜量子點體系(J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 1470-1471; Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 7115-7118; ACS Nano, 2012, 6, 3695-3702; Chem. Mater., 2013, 25, 2503-2509; J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 4918-4923; Small, 2020, 16, 2001003; PCT/201110142093.8);2)自主開發了基于短波紅外铟镓砷(InGaAs)焦平面陣列探測器的小動物活體成像系統、兼容可見熒光成像的寬光譜(400-1700 nm)小動物活體成像系統和顯微成像系統,爲在分子水平、細胞層次和小動物活體模型開展跨層次、多尺度的近紅外II區熒光影像研究奠定堅實基礎;3)建立了近紅外II区荧光活体“可视化”生物醫學研究技术平台,在小动物活体水平实现了高组织穿透深度(>1.5 cm)、高時間分辨率(~30 ms)和高空間分辨率(~25 μm)的原位、實時成像,較傳統熒光成像技術實現了數量級提升;建立了針對腫瘤診療、藥物篩選、幹細胞再生醫學和腦科學的精准“可視化”研究新策略(Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 9818-9821; Biomaterials, 2014, 35, 393-400; Adv. Funct. Mater., 2014, 24, 2481-2488; Adv. Mater., 2017, 29, 1605754; Adv. Mater., 2018, 30, 1804437; Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 11001-11006; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 247-252; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 7219-7223.)。 

  

1. 近紅外II區熒光探針和成像設備發展曆程。 

  鑒于以上系列創新性研究,王強斌團隊受Journal of the American Chemical Society 雜志邀請撰寫了“Advanced Fluorescence Imaging Technology in the Near-Infrared-II Window for Biomedical Applications”展望。该展望回顾了近紅外II区荧光影像技术原理的提出及其发展历程;系统介绍了近十年以来不同类型近紅外II区荧光探针的设计、开发及其优缺点;总结了近紅外II区荧光小动物活体成像系统、双光子显微成像系统、激光共聚焦成像系统、光片成像系统及临床手术导航系统等的开发和应用;剖析了近紅外II区荧光影像技术在生物体结构和功能成像、活体传感检测以及影像指导的疾病精准诊疗等生物醫學研究中的应用及需要解决的瓶颈问题;最后,展望了未来近紅外II区荧光影像技术在探针设计,设备开发,以及肿瘤精准诊疗、干细胞再生医学、脑科学基础研究及临床应用中需要解决的关键问题,加快推进近紅外II區熒光影像技術的臨床應用。 

  該展望近日發表在Journal of the American Chemical Society杂志上。文章的共同第一作者是李春炎研究员和陈光村副研究員,通讯作者是王强斌研究员,该工作得到了国家自然科学基金重点项目、中國科學院基础前沿科学研究计划从01原始創新項目和科技部重點研發計劃的支持。 


附件下載: